CZ114994A3

CZ114994A3 - Device for suppressing vibrations induced by combustion within a combustion chamber

Info

Publication number: CZ114994A3
Application number: CZ941149A
Authority: CZ
Inventors: Bernhard Schetter
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1991-11-15
Filing date: 1992-11-06
Publication date: 1994-08-17
Also published as: JPH07501137A; WO1993010401A1; EP0611434A1

Description

Zařízení pro potlačování vibrací pocházejících' ze spalování ve spalovací komoře

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro potlačování vibrací pocházejících ze spalování ve spalovací komoře zařízení s plynovými turbínami, schopné akustických vibrací, přičemž spalovací komora je opatřena hořákem pro spalování tekutiny nesoucí palivo, a přičemž tato tekutina je do hořáku přiváděna přívodním potrubím, schopným akustických vibrací, a připojeným akusticky na spalovací komoru.

Dosavadní stav techniky

Spalovací komory zařízení s plynovými turbínami, především spalovací komory, které jsou opatřeny hořáky na spalování takzvaných předsměsí, mají sklon podle stavu provozu k vibracím, způsobeným vlastním vybuzením. Tyto vibrace mají frekvence, které odpovídají rezonančním frekvencím spalovací komory nebo nějakého jiného útvaru, schopného vibrací, začleněného do spalovací komory. Podle velikosti útvaru schopného vibrací jsou tyto frekvence v rozsahu od několika Hz až do několika kHz, u zařízení ε plynovými turbínami obvykle pod 1 kHz. S takovými vibracemi, pocházejícími ze spalování, jsou často spojeny výkyvy tlaku ve značné míře, zejména s amplitudami tlaku až do výše stacionárních tlakových ztrát spalovací komory. Taková kolísání tlaku mohou kromě jiného způsobit mechanická poškození spalovacích komor a jiných komponent zařízení s plynovými turbínami.

Spalovací komora pro zařízení s plynovými turbínami, v níž je uspořádán hořák, vychází z řešení podle EP

O 193 838 Bl. Zde popsaný hořák je takzvaným hybridním hořákem, to jest kombinací difuzního hořáku a hořáku pro spalování předsměsí. Když je v provozu hořák pro spalování předsměsí, je kromě jiného zapotřebí podporování spalování přídavným řídicím plamenem z difuzního hořáku.

Provedení spalovací komory pro zařízení s plynovými turbínami je dále známé z DE 25 23 449 C3. Zde popsaná spalovací komora sestává z plamence, uspořádaného v tělese, přičemž vzduch pro spalování je do hořáků uspořádaných na konci plamence přiváděn prstencovou mezerou mezi plamencem a tělesem. Hořáky proudí spalovací vzduch do plamence, přičemž je unášen palivem; v plamenci nastává spalování. Odpadní plyny ze spalování se, popřípadě po smíchání se vzduchem, přivádějí do plynové turbíny.

Zařízení s plynovými turbínami, která pracují s plynnými palivy, vyžadují v souvislosti se zařízeními pro zplyňování uhlí, v nichž s z uhlí vyrábí plynné palivo, stoupající pozornost. Zařízení s plynovými turbínami v kombinaci se zařízeními pro zplyňování uhlí a parními elektrárnami na odpadní teplo byly podrobně popsány v přednášce J. S. Joyceho o názvu The Development of Integrated Coal-Gasification Combined-Cycle (ICG-GUD) Power Plants, přednesené 26. 4. 1990 při příležitosti semináře o názvu Coal Gasification for Generation of Electricity ve městě Arnhem (Holandsko); zápis přednášky byl rozdáván v průběhu semináře.

Další detaily hořáků na spalování předsměsí a hybridních hořáků pro použití ve spalovacích komorách zařízení s plynovými turbínami jsou popsány v EP 0 108 3 61 Bl, EP 0 276 696 Bl a WO 89/08803 Al. Posledně jmenovaný spis se týká opatření u spalovací komory pro přívod přísad pro vázání určitých škodlivin v použitém palivu.

Příčiny vibrací vzniklých samovybuzením při spalování jsou v principu již známy dlouho. Tyto vibrace jsou akustickými vibracemi, tedy kmitáními podobnými zvuku, která vznikají nestacionárním průběhem spalování. Frekvence těchto vibrací je stanovena zejména geometrií spalovací komory; frekvence těchto vibrací odpovídá rezonanční frekvenci, určené stojatými akustickými vlnami v útvaru schopném kmitání, k němuž spalovací komora náleží.

Mnohdy vznikají tyto vibrace při spalování tím, že akustické vibrace ve spalovací komoře schopné akustických vibrací vyvolají akustické vibrace v přívodním potrubí rovněž schopným k akustickým vibracím, jímž se přivádí palivo do hořáků. Akustické vibrace v přívodním potrubí způsobí nárazy, které jsou s nimi spojeny, nestacionární tok paliva do hořáků, a proto způsobí nestacionární spalování, které má vliv na akustické vibrace ve spalovací komoře. Podle fázového vztahu mezi nestacionárním spalováním a akustickými vibracemi ve spalovací komoře může na hořáku vzniknout termodynamický proces, který ze spalování uvolní mechanickou energii, která potom přechází do akustických vibrací ve spalovací komoře. Tímto způsobem vznikne samovybuzení celého systému schopného vibrací, který zahrnuje spalovací komoru a přívodní potrubí, přičemž uzavřený zpětnovazební okruh nutný pro samovybuzení, do něhož je.energie pro vibrace dodávána, je tvořen akustickým přenosem vibrací ze spalovací komory do přívodního potrubí ve spojení s termodynamickým přenosem vibrací z přívodního potrubí do spalovací komory.

Je nutno uvést, že popsaná akustická vazba mezi spalovací komorou a přívodním potrubím nemusí být nutně bezprostřední vazbou mezi plynovými sloupci ve spalovací komoře a přívodním potrubí; tato vazba může být realizována i tím, že stěna spalovací komory je ve spojení se stěnou přívodního potrubí, přičemž toto spojení umožní přenos akustických vibrací. Všeobecně se vychází z toho, že akustická vazba mezi přívodním potrubím a spalovací komorou je velmi souhrnná a může být realizována mnoha různými přenosovými cestami. V každém případě je však akustická vazba vazbou, která existuje i když nedochází ke spalování, a proto ji lze určit například měřeními spalovací komory, protékané médiem bez spalování. Lze rovněž změřit termodynamickou vazbu mezi přívodním potrubím a spalovací komorou tím, že spalovací komora se například vyplní akusticky tlumicím materiálem, načež se ve spalovací komoře měří akustické vibrace, které se vyvolají vibracemi, vybuzenými spalováním v přívodním potrubí. Komplexností běžných spalovacích komor, které navíc zpravidla nejsou žádnými akusticky uzavřenými útvary, nýbrž pouze součástmi větších útvarů, schopných kmitání, zahrnujících vedle spalovací komory i potrubí na horké plyny a podobně, je bezpečná předpověď vzniku a frekvence akustických rezonancí, které mohou vést ke vzniku vibrací ze spalování, v praxi sotva možná.

Vibrace pocházející ze spalování v průmyslových spalovacích zařízeních jsou popsány v knize Combustion-Driven

Putnama, American Elsevier (1971). V kapitolách 1 a 2 vzniku těchto vibrací, v

Oscillations in Industry od A. A.

Publishing Company, lne., New York jsou uvedeny odkazy na příčiny následujících kapitolách jsou popsána speciální spalovací zařízení a kapitola 9 se týká potlačování těchto vibrací. Nejsou zde uvedeny žádné odkazy, týkající se speciálních problémů spalovacích zařízení, v nichž se provádí spalování pod vysokým tlakem, a která jsou použita zejména v zařízeních s plynovými turbínami.

V zařízeních s plynovými turbínami se pod výrazem •'vibrace pocházející ze spalování rozumí především akustické vibrace, jejichž tlakové amplitudy řádově dosahují tlakových ztrát vznikajících při stacionárním provozu za spalovacími komorami, zejména překračují tlakové ztráty o asi 10 %. Běžné tlakové ztráty nastávají při tlaku asi 200 kPa u plynových turbín na letecké palivo a při tlaku asi 50 kPa u plynových turbín elektráren. Tolerovatelné akustické vibrace by podle toho neměly podstatně překročit tyto hodnoty o více než 10 kPa. Je nutno poznamenat, že když vibrace ze spalování nenastávají, může to sotva znamenat absolutně bezhlučné spalování - ve spalovacích komorách plynových turbín vzniká ve všech případech vždy naprosto hlasité charakteristické šumění, jehož účinek musí být při dimenzování spalovacích komor brán v úvahu, a musí být proto určena dolní hranice provozního akustického namáhání spalovacích komor.

Dosud probíhaly pokusy potlačit vibrace pocházející ze spalování ve spalovacích komorách zařízení s plynovými turbínami geometrickými změnami hořáků nebo jiných komponent spalovací komory, přerozdělením vzduchu zaváděného do spalovací komory nebo vložením škrticích míst do výstupů přívodních potrubí do hořáků; poslední opatření se provádělo proto, aby se potlačilo zpětné působení akustických vibrací ve spalovací komoře na přívodní potrubí. Úspěchy dosažené doposud známými opatřeními však byly stále omezené: prvně uvedená opatření byla málo účinná zejména proto, že vzhledem k nedostatečné předvídatelnosti jejich působení mohla být provedena jen málo s určitým cílem. Posledně uvedená opatření měla pouze malý praktický význam, protože dostatečně účinné škrticí místo v přívodním potrubí s sebou přináší značné tlakové ztráty, a proto vyžaduje neprakticky vysoké tlaky v přívodním systému paliva.

Úkolem vynálezu proto je vytvořit zařízení k potlačení vibrací pocházejících ze spalování ve spalovací komoře zařízení s plynovými turbínami, schopné akustických vibrací, které bude spolehlivě účinné, nebude představovat žádné podstatné omezení zařízení potřebných pro provoz zařízení s plynovými turbínami a navíc nej jednodušeji začlenitelné do plynovými turbínami.

bude podle existuj ících potřeby co zařízení s

Podstata vynálezu

Uvedený úkol splňuje první zařízení pro potlačování vibrací pocházejících ze spalování ve spalovací komoře zařízení s plynovými turbínami, která je schopna akustických vibrací, přičemž spalovací komora je opatřena hořákem pro spalování tekutiny nesoucí palivo, a přičemž tato tekutina je do hořáku přiváděna přívodním potrubím, schopným akustických vibrací a připojeným akusticky na spalovací komoru, podle vynálezu, jehož podstatou je, že je sestává z alespoň jednoho pasivního akustického rezonátoru, připojeného na přívodní potrubí, kterým je přívodní potrubí naladěno akusticky tak, že nestacionární spalování je na základě akustických vibrací v přívodním potrubí v podstatě vyloučeno.

V rámci tohoto provedení vychází vynález z toho, že akustické vibrace v přívodním potrubí jsou zejména chápány jako stojaté vlny; to znamená, že v přívodním potrubí se podle frekvencí akustických vibrací za sebou střídají oblasti s kmitáním s větší amplitudou a oblasti s kmitáním s menší nebo prakticky žádnou amplitudou. Podle vynálezu se uspořádání stojatých vln v přívodním potrubí ovlivňuje bím způsobem, že na hořáku, který představuje konec přívodního potrubí, se vytvoří oblast s malou, s výhodou však v podstatě žádnou amplitudou. Protože tlakové poměry v místě hořáku bezprostředně určují spalování, vede záruka vytvoření dostatečně malého kolísání tlaku v přívodním potrubí v místě hořáku k dostatečně rovnoměrnému ne nestacionárnímu spalování. Tím je uzavřený okruh zpětné vazby, v němž může docházet k samovvbuzování vibrací, přerušen; vzniku vibrací pocházejících ze spalování je proto účinně zabráněno.

Uvedený úkol dále splňuje druhé zařízení pro potlačování vibrací pocházejících ze spalování ve spalovací komoře zařízení s plynovými turbínami, která je schopna akustických vibrací, přičemž spalovací komora je opatřena hořákem pro spalování tekutiny nesoucí palivo, a přičemž tato tekutina je do hořáku přiváděna přívodním potrubím, schopným akustických vibrací a připojeným akusticky na spalovací komoru, podle vynálezu, jehož podstatou je, že sestává z alespoň jednoho pasivního akustického rezonátoru, připojeného na přívodní potrubí, kterým je přívodní potrubí naladěno akusticky tak, že zpětné působení akustických vibrací v přívodním potrubí na akustické vibrace ve spalovací komoře, které je podmíněno nestacionárním spalováním na základě akustických vibrací v přívodním potrubí, působí proti vzniku vibrací vzniklých ze spalování.

V rámci druhého provedení vychází vynález z toho, že naladěním akustických vlastností přívodního potrubí je fázová poloha termodynamicky podmíněného zpětného působení ovlivnitelná relativně vůči fázové poloze akustické vazby mezi spalovací komorou a přívodním potrubím; podle vynálezu se přívodní potrubí naladí vložením vhodného akusticky účinného elementu, takže fázová poloha termodynamického zpětného působení vůči akustické vazbě neodpovídá pozitivní zpětné vazbě potřebné pro samovybuzení, nýbrž negativní zpětné vazbě. Tato negativní zpětná vazba vylučuje vznik samovybuzení a jejím výsledkem navíc je aktivní akustické tlumení systému schopného kmitání, který sestává ze spalovací komory a přívodního potrubí. Aktivní proto, že termodynamické zpětné působení vzniklé spalováním odebírá ze systému schopného kmitání ve skutečnosti energii; podle prvního provedení vynálezu se odebírání energie ze systému schopného kmitání provádí pouze běžným tlumením, existujícím v systému vzhledem ke tření a podobně.

Zařízení podle kteréhokoli provedení vynálezu je použitelné u jakéhokoli hořáku; hodí se zejména pro použití u hořáku se spalováním předsměsí, který může být například částí hybridního hořáku. Přitom je navíc možné spolehlivé potlačení vibrací pocházejících ze spalování v zařízeních se spalovacími turbínami v elektrárnách s elektrickým jmenovitým výkonem až do 100 MW.

Palivem může být plyn, například zemní plyn, nebo produkt získaný ze zplyňování uhlí, přičemž popřípadě tekutinou nesoucí palivo může být i plyn samotný. Palivem může být i v samotném plynu schopném spalování i dispergovaná pevná nebo kapalná látka, například uhelný prach nebo olej. A konečně může být palivem i kapalné palivo, například olej; v úvahu připadají i emulse vody a olejů a podobně.

Popsaná opatření pro potlačení vibrací pocházejících ze spalování umožňují i cílená opatření u již existujících zařízení s plynovými turbínami.

Rozumí se, že dimenzování akusticky účinného elementu z hlediska jeho akustických parametrů musí být přizpůsobeno vlastnostem předem dané spalovací komory a vlastnostem určitého místa v přívodním potrubí, na něž má být akusticky účinný element připojen. Za tím účelem se musí měřit vibrace pocházející ze spalování vznikající ve spalovací komoře; zejména musí být zkoumány i akustické vlny v přívodním potrubí. Vyhodnocení těchto změřených údajů potom vede ke konkrétním předpokladům pro akusticky účinný element, který se má k přívodnímu potrubí připojit. Pro potlačení vibrací pocházejících ze spalování ve spalovací komoře zařízení s plynovými turbínami mohou být - jak již bylo uvedeno - kromě jiného vyhodnoceny akustické jevy v přívodním potrubí k hořáku. Vzhledem k obvykle jednoduchému tvaru přívodního potrubí jsou vznikající akustické jevy relativně jednoduše změřitelné a teoreticky případ od případu mění. bezpečný závěr o tom, pocházejícím ze spalování pochopitelné zejména tehdy, když se V každém případě je možné odvodit jak se má působit proti vibracím

Jako akusticky účinný element připadá v úvahu Helmholtzův rezonátor. Tento rezonátor sestává z v podstatě uzavřeného dutého prostoru neboli hrnce, do něhož je zaveden trubkový kus neboli hrdlo. Činnost Helmholtzova rezonátoru je sama o sobě zmámá a nemusí být proto zevrubné objasněna. Je nutno pouze podotknout, že Helmholtzův rezonátor, který je sám o sobě útvarem schopným kmitání a má určitou rezonanční frekvenci, nemusí být v dané souvislosti bezpodmínečně provozován na této rezonanční frekvenci. Naproti tomu se využije toho, že činnost Helmholtzova rezonátoru bude při přívodu jakékoli akustické vlny, tedy i vlny, jejíž frekvence neodpovídá jeho rezonanční frekvenci, dobře definována.

Helmholtzův rezonátor může být zvlášť výhodným způsobem, z hlediska úspory místa, uspořádán jako dutý prostor, podobně jako tlumič výfuku spalovacího motoru, koaxiálně kolem přívodního potrubí.

Další možnost pro uspořádání akusticky účinného elementu je připojení uzavřeného trubkového kusu, tedy rezonanční trubky, na přívodní potrubí. Takové rezonanční trubky jsou známé jako ”čtvrtvlnové trubky. Jak již bylo k Helmholtzově rezonátoru poznamenáno, nemusí být rezonanční trubka bezpodmínečně provozována na její rezonanční frekvenci.

Se zvláštní výhodou se použije akusticky účinný element, který je přestavítelný pro změnu svých akustických vlastností. Tímto přestavitelným akusticky účinným elementem může být Helmholtzův rezonátor s hrdlem přestavitelným v jeho délce nebo hrncem s proměnlivým objemem; v úvahu přichází i rezonanční trubka, uzavřená přestavitelným šoupátkem, čímž umožňuje přizpůsobení svých akustických vlastností daným požadavkům pro jednotlivé případy. Zejména z hlediska dodatečného vybavení existujících spalovacích komor je zvlášř výhodné použití přestavitelného akusticky účinného elementu, protože takový element umožňuje přizpůsobení k existujícím zařízením. Akusticky účinný element může být přestaven v závislosti na provozním stavu zařízení s plynovými turbínami, protože podle zkušeností vznik vibrací pocházejících ze spalování je relativně velmi závislý na příslušném zatížení zařízení s plynovými turbínami.

Další možnost provedení akusticky účinného elementu spočívá ve vložení dutého prostoru do přívodního potrubí, přičemž tento dutý prostor představuje otevřený konec přívodního potrubí ve smyslu akustiky. Pomocí tohoto dutého prostoru může být cíleně ovlivňována rezonance části přívodního potrubí, připojené bezprostředně k hořáku, takže se účinným způsobem zabrání vzniku vibrací pocházejících ze spalování. Akustická účinnost dutého prostoru není v tomto případě určitou odezvou na akustickou vlnu vstupující přívodním potrubím do dutého prostoru, nýbrž jednoduše skutečností, že akustická vlna se dobře definovaným způsobem a prakticky úplně v ústí přívodního potrubí do dutého prostoru odrazí. Proto je část přívodního potrubí mezi hořákem a dutým prostorem od ostatních částí přívodního potrubí akusticky odpojena; její akustické vlastnosti jsou proto lehce teoreticky pochopitelné a mohou se přizpůsobit příslušným požadavkům.

Je nutno poukázat na to, že v zařízení s plynovými turbínami může být v přívodním potrubí sotva realizován akustický uzávěr na způsob uzavřeného konce pomocí kriticky protékané clony, která by mohla například být částí škrticího zařízení. Jak je známo, působí kriticky protékaná clona jako reflektor akustických vln, protože je prostupována akustickými vlnami definovanou rychlostí, takže není možné šíření vln proti protékajícímu proudění. Záruka takového kritického proudění ovšem vyžaduje značný pokles tlaku za clonou, což by v souvislosti s tlakově zatíženými spalovacími komorami bylo dosažitelné pouze pomocí tlaků v přívodních potrubích, které by byly neprakticky vysoké. Proto je jasné, že v rámci dosavadního stavu techniky není v zařízení s plynovými turbínami vytvoření akustického uzávěru v přívodním potrubí paliva praktické.

Akusticky účinným elementem může být v uvedeném smyslu i akustický vysílač připojený na přívodní potrubí, například reproduktor, vibrující píst nebo vibrující membrána. Do takového elementu bude přiváděn akustický signál ze spalovací komory, který charakterizuje místní akustické poměry. Tento akustický signál může být snímán pomocí akusticky připojeného snímače, například mikrofonu, připojeného na spalovací komoru, s výhodou přímo na plamenec. Z mikrofonu je tento akustický signál veden signálním vedením do zesilovače a odtud dalším signálním vedením do akustického vysílače. Pomocí vysílače je umožněno aktivní potlačování vibrací pocházejících ze spalování vedle nebo namísto dosud objasněného pasivního potlačování, přičemž do přívodního potrubí se z vnějšku, do jisté míry, nucené, přivádí akustický- signál působící proti vibracím pocházejícím ze spalování. Tímto způsobem může být rovněž a zejména potom, když vibrace ze spalovací komory jsou do přívodního potrubí vedeny jen velmi málo, provedeno potlačování vibrací, pocházejících ze spalování; to zejména proto, že vedle vstupu vibrací ze spalovací komory se využije přídavná možnost vstupu vibrací do přívodního potrubí. Jak již bylo uvedeno, je potlačování vibrací pocházejících ze spalování podle okolností vázáno na záruku určitých fázových vztahů mezi akustickými vibracemi ve spalovací komoře a akustickými vibracemi v přívodním potrubí. Je proto nutno mít na zřeteli, že přivádění vibrací do přívodního potrubí pomocí vysílače se musí provádět s takovým fázovým vztahem. Za tím účelem jsou eventuálně uspořádány stavěči členy, například elektronické posunovače fází, v signálním vedení k vysílači. V zásadě je pro napájení vysílače použit i zesilovač, u něhož samotného připadá v úvahu možnost nastavení fáze. Vysílač, do něhož přicházejí signály z akustického snímače, se s výhodou použije tehdy, když je palivo kapalné.

Jak se potlačování vibrací pocházejících ze spalování provádí ve spalovací komoře s několika hořáky, je v zásadě otázkou každého jednotlivého případu, protože za tím účelem se mimo jiné musí brát v úvahu, jak se vibrace v potrubích vedoucích do této spalovací komory navzájem ovlivňují. Zejména potom, když dochází k vibracím pocházejícím ze spalování s relativně nízkými rezonančními frekvencemi spalovací komory, se musí vycházet z toho, že akustická vazba přívodního potrubí prvního hořáku na přívodní potrubí druhého hořáku je relativně malá. Za těchto okolností jsou akustická působení přívodních potrubí prakticky na sobě nezávislá, z čehož vyplývá, že v každém přívodním potrubí musí být upraven vlastní akustický účinný element pro potlačování vibrací pocházejících ze případech, když nastává zmíněné zpětné přívodního potrubí k druhému přívodnímu potrubí, muže být možné a dostačující opatřit pouze jednu část přívodních potrubí akusticky účinnými elementy.

spalování- V jiných působení od j ednoho

Podle zvlášť. výhodného provedení vynálezu se v přívodním potrubí upraví alespoň dva akusticky účinné elementy. Přitom je zvlášť výhodné, když jedním akusticky účinným elementem je dutý prostor, který představuje akusticky otevřený konec přívodního potrubí, a druhý akusticky účinný element je vložen mezi tento dutý prostor a hořák. V rámci tohoto provedení se dutý prostor využije k akustickému uzavření kusu přívodního potrubí'připojeného na hořák a k jeho odpojení od ostatních částí přívodního potrubí; další akusticky účinný element se použije pro naladění takto vzniklého kusu přívodního potrubí pro potlačování vibrací pocházejících ze spalování. V každém případě znamená vložení několika akusticky účinných elementů do přívodního potrubí to, že je k dispozici více parametru pro naladění přívodního potrubí, což podstatně zjednodušuje potlačování vibrací pocházejících ze spalování.

Potlačování vibrací pocházejících ze spalování ve spalovací komoře zařízení s plynovými turbínami může být za prvé realizováno pomocí akusticky účinného elementu připojeného na přívodní potrubí tak, že akustické vibrace v přívodním potrubí, které mohou způsobovat nestacionární spalování, se prakticky potlačí. To vyplývá podle okolností z toho, že se zabrání vzniku rezonančních frekvencí v přívodním potrubí, které zhruba odpovídají rezonančním frekvencím spalovací komory.

Pro potlačování vibrací pocházejících ze spalování ve spalovací komoře se za druhé může provádět při explicitním posuzování vibrací v přívodním potrubí tím, že akusticky účinným elementem se nastaví akustické vlastnosti přívodního potrubí v tom smyslu, že vibrace vybuzené v přívodním potrubí působí proti vibracím pocházejícím ze spalování ve spalovací komoře. Toto opatření vychází z toho, že vibrace v přívodním potrubí vyvolané vibracemi ve spalovací komoře musí mít rovněž vůči těmto vibracím pocházejícím ze spalování určitý fázový vztah. Proto může být vzájemná vazba zmíněných vibrací ovlivňována tak, že tyto vibrace se navzájem nepodporují, nýbrž působí proti sobě. Toto nastavení fázového vztahu mezi oběma vibracemi se musí provádět s ohledem na dynamiku spalovacího procesu. Přitom je zejména nutno mít na zřeteli, že spalování paliva vystupujícího z hořáku nastává s určitým časovým zpožděním a navíc vyžaduje určitou časovou prodlevu. Fázový vztah mezi vibracemi pocházejícími ze spalování a vibracemi v přívodním potrubí musí být upraven při zohlednění tohoto zpoždění.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladech provedení podle přiložených výkresů, které jsou pro názornost určitých znaků řešení schematizovány a nejsou uvedeny v potřebném měřítku, a na nichž obr. 1 znázorňuje spalovací komoru s přívodními potrubími pro palivo, doplněnou o zařízení pro potlačování vibrací pocházejících ze spalování, obr. 2 a 3 příklady provedení akusticky účinného elementu v přívodním potrubí, obr. 4 a 5 příklady provedení přestavítelného nebo ovladatelného akusticky účinného elementu v přívodním potrubí.

Příklady provedeni vynálezu

Na obr. 1 je znázorněna spalovací komora 1, která mát být eventuálně použita jako jedna z několika spalovacích komor v (neznázorněném) zařízení s plynovými turbínami, a která je opatřena dvěma hořáky 2, ůo nichž je vždy příslušným přívodním potrubím 2 přiváděn plyn nesoucí palivo. Je nutno poznamenat, že spalovací komora 1 a přívodní potrubí 2 jsou schopné akustických vibrací, což je pravidlem u komponent zařízení s plynovými turbínami. Důležitá je zejména skutečnost, že přívodní potrubí 2 ^a spalovací komory 1 zařízení s plynovými turbínami nejsou obvykle vyrobeny z akusticky tlumicích látek nebo jimi vyplněny, protože tyto látky zvyšují tlakové ztráty vyvolané ve spalovacích komorách 2 nebo přívodních potrubích 2, což má stále velmi nepříznivý vliv na účinnost zařízení s plynovými turbínami. Spalovací komora i sestává z plamence 8. se dnem 9, do něhož jsou zapuštěny hořáky 2; kolem plamence 8 je - v podstatě koncentricky - upravena vnější trubka .10.- Mezi plamencem 8 a vnější trubkou 10 může proudit spalovací vzduch z kompresoru zařízení s plynovými turbínami k hořákům 2. V hořácích 2 se spalovací vzduch směšuje s palivem; spalování nastává v podstatě v plamenci 8, z něhož spaliny potom proudí k plynovým turbínám zařízení s plynovými turbínami.

Hořáky 2 jsou takzvanými hořáky na spalování předsměsí. Plyn nesoucí palivo se přivádí hlavními tryskami 11 do spalovacího vzduchu, v lopatkování 12 se intenzivně s ním promíchá a vznítí se teprve při vstupu do plamence 8..

Pro stabilizování každého hořáků 2 je tento hořák 2 opatřen ještě jednou vedlejší tryskou 13., která zavádí bezprostředně do plamence 8 určitou část paliva. V plamenci 8. se tato určitá část paliva spaluje difuzním plamenem, a proto vytváří řídicí plamen pro stabilizování spalování předsměsí.

Dolní přívodní potrubí 2 je opatřeno akusticky účinným elementem ve formě bočně připojeného prvního Helmholtzova rezonátoru 4.. Na horním přívodním potrubí 2 j^e koaxiálně kolem něj upraven druhý Helmholtzův rezonátor 5. Podstatnými elementy každého Helmholtzova rezonátoru 4, 5 jsou hrdlo 14, to znamená úzký trubkový kus, a hrnec 15., to znamená relativné velký dutý prostor, který je připojen na hrdlo 14. Působení Helmholtzova rezonátoru 4., 5 již bylo objasněno.

Do každého přívodního potrubí 2 Ď^e vložen regulační ventil 16., přičemž oba regulační ventily 16 jsou ovladatelné rozvětveným řídicím vedením 17 a tak umožňují, popřípadě ve spojení s dalšími opatřeními, nastavení tepelného výkonu vznikajícího ve spalovací komoře 1 a řízení výkonu zařízení s plynovými turbínami. Podle okolností mohou regulační ventily (nebo podobné komponenty) představovat akustické uzávěry přívodních potrubí 3, a to tehdy, když na nich nastávají znatelné tlakové ztráty. Vložení škrticích elementů do přívodních potrubí 3. je ovšem potom obvyklé a výhodné tehdy, když je do těchto přívodních potrubí 2 přiváděno palivo ze společného dopravního zařízení. Zpravidla slouží škrticí místa v přívodních potrubích 3. ke zrovnoměrnění rozdělení paliva do jednotlivých přívodních potrubí 3.· ovlivňuje

Rezonanční

Na obr. 2 a 3 jsou znázorněny další možnosti provedení akusticky účinného elementu. Podle obr. 2 je k přívodnímu potrubí 3_ připojena rezonanční trubka 6.. Jeden konec rezonanční trubky 6. ústí do přívodního potrubí 3. a její druhý konec, odvrácený od přívodního potrubí 3_, je uzavřen.

Akustické vibrace vybuzené v přívodním potrubí 2 vnikají do rezonanční trubky 6; akustické chování rezonanční trubky 6 akustické vlastnosti přívodního potrubí 3. trubka 6 se použije zejména pro nastavení rezonanční frekvence útvaru složeného z přívodního potrubí 2 ^atéto rezonanční trubky 6.·

Podle obr. 3 je do přívodního potrubí 2 vložen velkoobjemový dutý prostor 7. Tento dutý prostor 7 představuje akusticky otevřený konec přívodního potrubí 2· Dutý prostor J_ odpojuje kus přívodního potrubí 2 mezi ním a (neznázorněným) hořákem 2 od kusu přívodního potrubí 3_, vedoucího od něj k dopravnímu zařízení. Vhodným umístěním dutého prostoru 1_ se akustické vlastnosti přívodního potrubí 2 mezi hořákem 2 a dutým prostorem 7 naladí tak, že vibrace pocházející ze spalování jsou potlačeny.

Na obr. 4 je, podobně jako na obr. 2, k přívodnímu potrubí 2 jako akusticky účinný element připojena rezonanční trubka 6. Podle obr. 4 je však rezonanční trubka 6. na konci uzavřena pomocí pohyblivého šoupátka 18, které umožňuje nastavení akustických vlastností rezonanční trubky 6. (například jejích rezonančních frekvencí). Přemístěním šoupátka 18 je možno rezonanční trubku 6. přizpůsobit různým provozním stavům spalovací komory 1, se kterou je přívodní potrubí 2 spojeno. To vyhovuje zejména snahám o bezpečný provoz zařízení s plynovými turbínami s co největším výkonovým rozsahem.

Na obr. 5 je znázorněna možnost provedení akusticky účinného elementu pomocí akustického vysílače, a sice reproduktoru 19, který je ve skříni 20 připojen nebo nasazen na přívodní potrubí 2_, a do kterého jsou přiváděny akustické signály snímané z plamence 2· Tyto akustické signály se snímají z plamence 2 pomocí mikrofonu 21 a signálním vedením 22 se vedou do zesilovače 23. Dalším signálním vedením 24 se potom vedou do reproduktoru 19. Pro nastavení fáze akustických vibrací vyvolaných reproduktorem 19 v přívodním potrubí 2 může zesilovač 23 obsahovat ladicí člen 25, například kondenzátor s proměnnou kapacitou, pro nastavení fáze svého výstupního signálu. Správného fázového vztahu může být popřípadě dosaženo vhodnou volbou polohy mikrofonu 21 na plamenci 2· Navíc existuje samozřejmě i možnost místo jediného mikrofonu 21 upravit několik takových mikrofonů 21, což může být výhodné z hlediska zpracování signálu přiváděného do reproduktoru 19. V přívodním potrubí 2 hořáku 2 může být samozřejmě upraveno i několik akusticky účinných elementů, například dva, jako dutý prostor 7 a reproduktor 19. Kombinace velkoobjemového dutého prostoru 2, znázorněného na obr. 5, s reproduktorem 19 je přitom zvlášř výhodná. Dutý prostor Ί. slouží k akustickému odpojení kusu přívodního potrubí 2 mezi dutým prostorem 2 a hořákem 2 od ostatních částí přívodního potrubí 2· Mezi hořákem 2 a dutým prostorem 2 Ď^e připojen reproduktor 19.

Způsob činnosti akusticky účinných elementů, znázorněných na obrázcích, kterými jsou Helmholtzovy rezonátory 4., 5_, rezonanční trubka 6, dutý prostor 7 a reproduktor 19., se může využít podle vhodnosti u každého provedení podle vynálezu, protože obě provedení jsou uskutečnitelná v podstatě pomocí stejných konstrukčních opatření. V každém jednotlivém případě závisí způsob činnosti každého z uvedených akusticky účinných elementů na jeho dimenzování a naladění, přičemž podle okolností se tento element přizpůsobí nejen jediné rezonanční frekvenci, nýbrž i uspořádání několika rezonančních frekvencí a eventuálním dalším akustickým vlastnostem. Na závěr je nutno uvést, že vedle rezonančních vlastností výše uvedených akusticky účinných elementů mají význam i jejich tlumicí vlastnosti, což může být důležité a výhodné zejména tehdy, když není akusticky účinný element protékán palivem proudícím přívodním potrubím 2· Potom může být jeho, s výhodou nastavitelného, tlumení výhodně využito.

Vynález umožňuje potlačování vibrací pocházejících ze spalování ve spalovací komoře zařízení s plynovými turbínami jednoduchým a bezpečným způsobem. Zařízení podle vynálezu je lehce přizpůsobitelné požadavkům jednotlivých případů a umožňuje bezpečný a spolehlivý provoz zařízení s plynovými turbínami.

Průmyslová využitelnost

I

Řešení podle vynálezu může být použito s výhodou ve stacionárních zařízeních s plynovými turbínami s elektrickým jmenovitým výkonem až do 100 MW a výše.

Claims

1. Zařízení pro potlačování vibrací pocházejících ze spalování ve spalovací komoře zařízení s plynovými turbínami, která je schopna akustických vibrací, přičemž spalovací komora je opatřena hořákem pro spalování tekutiny nesoucí palivo, a přičemž tato tekutina je do hořáku přiváděna přívodním potrubím, schopným akustických vibrací a připojeným akusticky na spalovací komoru, vyznačující se tím, že je sestává z alespoň jednoho pasivního akustického rezonátoru (4, 5, 6, 7), připojeného na přívodní potrubí (3), kterým je přívodní potrubí (3) naladěno akusticky tak, že nestacionární spalování je na základě akustických vibrací v přívodním potrubí (3) v podstatě vyloučeno.

2. Zařízení pro potlačování vibrací pocházejících ze spalování ve spalovací komoře zařízení s plynovými turbínami, která je schopna akustických vibrací, přičemž spalovací komora je opatřena hořákem pro spalování tekutiny nesoucí palivo, a přičemž tato tekutina je do hořáku přiváděna přívodním potrubím, schopným akustických vibrací a připojeným akusticky na spalovací komoru, vyznačující se tím, že sestává z alespoň jednoho pasivního akustického rezonátoru (4, 5, 6, 7), připojeného na přívodní potrubí (3), kterým je přívodní potrubí (3) naladěno akusticky tak, že zpětné působení akustických vibrací v přívodním potrubí (3) na akustické vibrace ve spalovací nestacionárním spalováním na komoře (1), které j e podmíněno základě akustických vibrací v přívodním potrubí (3) , působí proti vzniku vibrací vzniklých ze spalování.

3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačuj ící se t í m, že rezonátor je Helmholtzovým rezoná torem (4, 5).

4. Zařízení podle nároku 3,vyznačuj ící tím, že Helholtzův rezonátor (5) obklopuje koaxiálně přívodní potrubí (3).

5. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačuj ící se t í m, že rezonátor (4, 5, 6) je uzavřenou rezonanční trubkou (6).

f

6. Zařízení podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že rezonátor (4, 5, 6) je přestavitelný pro změnu svých akustických vlastností.

7. Zařízení podle nároku 1 nebo 2,vyznačuj ící se t í m, že rezonátor (4, 5, 6) je tvořen dutým prostorem (7), včleněným do přívodního potrubí (3), který představuje akustický otevřený konec přívodního potrubí (3).

8. Zařízení podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že je opatřeno alespoň dvěma rezonátory (4, 5, 6).

9. Zařízení podle nároku 8,vyznačující se tím, že má dutý prostor (7), který představuje akusticky otevřený konec přívodního potrubí (3), přičemž mezi dutým prostorem (7) a hořákem (2) je do přívodního potrubí (3) vložen další rezonátor (4, 5).